KR0127860B1 - 굴삭기의 작업범위 제한장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건설기계, 특히 굴삭기를 이용한 작업중 지중 또는 지상에 장애물이 존재하거나 일정영역의 굴삭작업이 필요할 때 작업자의 안전을 도모하고 보다 빠르고 정확한 작업이 가능하도록 적절한 작업범위를 제한하기 위해 붐, 암, 버켓의 작업기와 스윙모터에 의한 스윙기능이 있는 건설기계에서 붐, 암, 버켓, 각 작업기 및 스윙모터의 회전각도를 검출할 수 있는 작업기 각도검출장치와 센싱된 각도신호와 죠이스틱 신호를 아날로그신호에서 디지탈 신호로 변환시키기 위한 A/D변환기와, 작업기의 작업범위를 세팅하기 위한 작업범위 세팅수단과, 작업범위 세팅수단으로부터 작업범위를 입력하여 죠이스틱 신호에 따라서 적절한 작업범위 내에서 작업기가 움직이도록 출력 값을 제어하는 컨트롤러와 컨트롤러의 디지탈 출력신호를 아날로그 신호로 변환시키기 위한 D/A변환기와, D/A변환기의 신호에 비례하는 파이로트 압력을 출력하는 전자비례 감압벨브와 전자비례감압벨브의 출력신호에 비례해서 각 작업기의 실린더 유량을 출력하는 메인컨트롤벨브를 구비하여 굴삭기의 작업범위를 설정하도록 하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 작업범위 제한장치이다.

Description

굴삭기의 작업범위 제한장치

제1도는 임의 각도의 굴삭깊이를 유지하고 있는 경우의 참고도.

제2도는 특수한 굴삭깊이를 가지는 작업범위가 필요한 경우의 참고도.

제3도는 임의 장매물과의 굴삭거리 제한이 필요한 경우의 참고도.

제4도는 임의 각도의 굴삭거리 제한이 필요한 경우의 참고도.

제5도는 임의 각도의 굴삭높이 제한이 필요한 경우의 참고도.

제6도는 본 발명을 설명하기 위한 굴삭기의 일측면도.

제7도는 본 발명의 일실시예를 나타낸 블럭도.

제8도는 본 발명에 따른 콘트롤러의 작업범위를 제한하기 위한 플로우챠트.

제9도 내지 제13도는 본 발명에 따른 굴삭기 작업범위 제한장치에 의해 각각의 작업범위를 설정하는 것을 나타낸 실시예도.

제14도는 다른 실시예도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 붐각도 검출센서 2 : 아암각도 검출센서

3 : 버켓각도 검출센서 4 : 스윙각도 검출센서

5 : 차체경사각 검출센서 6 : A/D변환기

7 : 작업범위 세팅수단 8 : 컨트롤러

9 : D/A변환기 10 : 전자비례 감압벨브

11 : 메인컨트롤밸브

본 발명은 건설기계, 특히 굴삭기를 이용한 작업중, 지중 또는 지상에 장애물이 존재하거나 일정영역의 굴삭작업이 필요할 때 작업자의 안전을 도모하고 보다 빠르고 정확한 작업이 가능하도록 적절한 작업 범위를 제한하는 건설기계의 굴삭기 작업범위 제한장치에 관한 것이다. 굴삭기는 2개의 죠이스틱을 이용하여 붐, 아암, 버켓, 스윙 등의 동작을 제어하므로써 굴삭작업, 고르기작업, 덤프작업, 파쇄작업 등의 여러 가지 작업을 수행할 수 있도록 만들어진 다용도 건설기계로써 건설현장에서 많이 사용되어지고 있다. 그러나 숙련된 작업자에 있어서도 장애물이 존재하는 것에서의 작업시에는 적절한 안전설치가 없으면 큰 안전사고의 위험을 내포하고 있다. 굴삭기를 이용하여 지중작업을 수행하는 경우 특히 땅을 고르거나 파는 경우에 있어서 굴삭기 차체의 회전중심으로부터 버켓 끝부분까지의 거리, 즉 굴삭반경 및 지면으로부터 버켓의 끝부분까지의 거리 및 굴삭깊이나 굴삭높이를 파악하는 것이 대단히 중요하다. 따라서 붐, 아암, 버켓의 각도를 센싱하여 작업기를 제어할 수 있는 장치가 부착된 종래 굴삭기의 경우 작업범위를 세팅하여 일정영역 이상에서는 작업기가 정지하도록 제어하는 방법이 이용되고 있다. 이와같은 종래의 작업기는 붐, 아암, 버켓이 일정높이 이상으로 상승하면 상승높이를 점차 감소시켜서 세팅된 굴삭 높이 이상을 넘어가지 않도록 하므로서 상부에 존재하는 고압전선이다. 기타 장애물과의 간섭을 방지토록 하고 전방에 존재하는 장애물에 대해서도 굴삭거리의 제한 값을 세팅하여 장애물과의 간섭을 방지하고 굴삭깊이에 대해서도 같은 방법으로 제한 값을 설정시키고 있다. 그러나 굴삭높이, 굴삭거리, 굴삭깊이만을 세팅하는 종래의 방법으로는 적절한 작업범위의 세팅이 이루어지지 않았다. 즉 굴삭깊이의 세팅에서 일정한 굴삭깊이를 유지하고 있는 경우 이외에 제1도에서와 같이 임의 각도의 경사각으로 작업범위를 제한할 필요성이 있는 경우나 제2도와 같이 상, 하수도관이나 전선케이블등이 존재하여 특수한 작업범위가 필요할 경우에는 작업범위를 효과적으로 설정 할 수 없었다. 또한 굴삭거리의 제한에서는 제3도에서와 같이 덤프작업 등의 스윙 동작시 협소한 영역에서 장애물과의 간섭을 방지하기 위해 전방의 굴삭거리 이외에 스윙시의 굴삭거리 제한조건이 필요하고, 제4도와 같이 전방의 작업영역이 임의 각도의 형태를 취할때에도 적절한 작업영역의 제한이 요구되나 그러하지 못하였으며, 상부의 작업범위 제한의 경우 제5도와 같이 굴삭기에 대해서 수평을 유지하고 있지 않은 상태에서는 종래의 작업범위 제한 장치로는 효과적으로 이를 제한 할 수 없는 결점이 있었다. 이에 본 발명은 상기의 문제점을 감안하여 보다 효과적으로 작업범위를 세팅하여 작업자의 안전을 도모하고, 보다 쉽고 정확하게 일정영역의 작업을 수행할 수 있도록 함에 그 목적이 있는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적을 작업조건에 따라 굴삭기의 굴삭반경 및 굴삭깊이나 굴삭높이를 정확하게 설정하도록 하는데 그 목적이 있는 것이다. 이하 본 발명에 따른 굴삭기의 작업범위 제한 장치의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면(제7도 참조)에 의거하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 차체에 회전 가능하게 고정된 붐과 아암, 버켓을 구비한 굴삭기에 있어서, 굴삭기 붐의 각도를 검출하는 붐각도 검출센서(1)와 아암의 각도를 검출하기 위한 아암각도 검출센서(2)와 버켓의 각도를 검출하기위한 버켓각도 검출센서(3)와 스윙각도를 검출하기 위한 스위각도 검출센서(4)와, 차체의 기울어진 정도를 검출하기 위한 경사각센서(5)와 센싱된 각도신호와 죠이스틱 신호를 아날로그 신호에서 디지탈 신호로 변환시키기 위한 A/D변환기(6)와 작업범위를 세팅하기 위한 작업범위 세팅수단(7)와 작업범위 세팅수단으로부터 작업범위를 입력하여 죠이스틱 신호에 따라서 적절한 작업범위내에서 움직이도록 출력값을 제어하는 컨트롤러(8)와, 컨트롤러의 디지탈 출력신호를 아날로그 신호로 변환시키는 D/A변환기(9)와, D/A변환기의 신호에 비례하는 파이로트 압력을 출력하는 전자비례 감압밸브(10)와, 전자비례 감압밸브의 출력신호에 비례해서 각 작업기의 실린더 유량을 출력하는 메인컨트롤밸브(11)를 구비하여 굴삭기의 작업범위를 제한 설정하도록 하는데 그 특징이 있다. 상기 작업범위 세팅수단(7)은 기전에 입력되어 있는 굴삭범위를 삭제시키는 기능을 가지는 작업범위 리셋 스위치(71)와, 굴삭하고자 하는 깊이에 버켓을 위치시키고, 스위치를 눌러서 굴삭깊이를 세팅하는 굴삭깊이 스위치(72)와, 굴삭하고자 하는 거리에 버켓의 끝단을 위치시키고 스위치를 눌러서 굴삭거리를 세팅하는 굴삭거리 스위치(73)와, 장애물이 위치한 높이에 붐, 아암, 버켓중 하나를 위치시키고 스위치를 누르면 붐, 아암, 버켓중 가장 높은 곳에 위치한 높이가 굴삭높이로 입력되는 굴삭높이스위치(74)로 구성하였다. 그러므로 본 발명은 굴삭깊이 방향에 관로나 기타 장애물이 존재하거나 일정영역의 굴삭작업이 필요할 때 장애물이나 일정영역의 주요 끝단에 버켓끝단을 차례대로 위치시키고 작업범위 세팅수단에 의해서 그 위치를 차례로 입력하여 입력된 선들을 잇는 선밑으로 작업기가 제어되지 않도록 제어할 수 있는 것이다. 또한 굴삭높이 방향에 장애물이 존재할 때 장애물의 주요끝단에 붐, 아암, 버켓 등을 차례로 위치시켜 작업범위 세팅수단에 의해서 그 위치를 차례로 입력하여 입력된 점들을 잇는 선밖으로 작업기가 제어되지 않도록 제어할 수 있는 것이다. 본 발명은 제6도, 제7도에 도시한 바와 같이 차체(20)에 일단이 상하로 회전 가능하게 고착된 붐(12)이 설치되고, 붐(12)의 타단에는 아암(13)이 고착되고, 아암(13)의 타단에 회전가능하게 버켓(14)이 고착되어 이 버켓(14)의 끝단에는 팁(15)이 제공되어 있는 굴삭기에 있어서, 차체(20)와 붐(12)이 연결되는 관절부에 붐각도센서(1)를 설치하고 붐(12)과 아암(13)이 연결되는 관절부에 아암각도 검출센서(2)를 설치하며, 아암(13)과 버켓(14)이 연결되는 관절부부에 버켓각도 검출센서(3)를 설치한다. 차체(20)를 회전 가능하도록 연결시킨 하체부(16)와 연결되는 연결부에는 스윙각도 검출센서(4)를 설치하며, 그 일측에는 차체(20)의 기울어진 정도를 센싱하는 경사각센서(5)를 고정한다. 각각의 각도센서는 지면에 대한 수직축 선과 센서부착지점 간의 연장축선이 이루는 회전각도를 아날로그 신호로서 표시한 전압신호를 변환시키기 위한 A/D변환기(6)에 연결되고, 각각의 센서(1,2,3,4,5)에서 발생된 신호는 A/D변환기(6)를 통해 콘트롤러(8)에 입력된다. 콘트롤러(8)에는 작업범위를 세팅하기 위한 작업범위 세팅수단(7)이 제공되며, 콘트롤러(8)의 디지탈 신호를 D/A변환기(9)로 변환시켜 D/A변환기(9)의 신호에 비례하는 파이로트 압력을 출력하는 전자비례 감압밸브(10)가 접속되고, 비례감압밸브(10)의 출력신호에 비례해서 각 작업기의 실린더 유량을 출력하는 메인콘트롤밸브(11)에 의해 각 작업기를 구동제어할 수 있게 하였다. 제8도에 도시한 바와 같이 본 발명은 굴삭거리, 굴삭깊이, 굴삭높이 각각의 작업범위를 입력하면 콘트롤러(8)에서는 공간상에서의 작업범위의 제한영역을 계산한다. 굴삭기의 죠이스틱을 움직여서 작업을 시작하면 A/D변환기(6)로부터 그 신호를 입력하여 목표(X,Y,Z)좌표값을 계산하게 한다. 목표좌표값이 설정된 작업범위에 얼마나 접근했는지를 판단하기 위해서 작업범위 영역에서 목표좌표까지의 거리(m)을 계산하여 이 값에서 안전거리(L)(제12도 참조)를 뺀다. 그 값이 0보다 큰 경우 즉 목표좌표까지의 거리(m)가 안전가리(L)보다 큰 경우에는 굴삭작업을 위해 죠이스틱을 조작할시에 전자비례 감압밸브(10)가 최대한 열려서 신속한 작업이 이루어지게 되며 이 값이 (-L)보다 작으면 제한 영역의 밖으로 작업기가 작동되므로 작업기를 정지시키는 제어신호를 작업범위 영역에서 목표좌표까지의 거리값(m)에서 안전거리(L)를 뺀 값이 -L보다 작은 경우 즉 목표좌표까지의 거리값(m)이 0 보다 작은 경우는 작업기가 이미 제한 영역내에 진입된 상태이므로 굴삭작업을 위해 죠이스틱을 조작하더라도 전자비례 감압밸브(10)는 작동하지 않으며 굴삭작업도 이루어지지 않게 된다. 또한 작업범위 영역에서 목표좌표까지의 거리값(m)에서 안전거리(L)를 뺀 값이 -L과 0 사이 값일 경우, 즉 목표좌표까지의 거리값(m)이 0에서 L사이인 경우에는 작업기 출력신호에 (m-L)값과 비례상수(Kp)를 곱한값만큼이 출력하게 된다. 따라서 작업기가 제한영역에 근접할수록 전자비례 감압밸브(10)는 미량 작동하게 되며 이에따라 작업기는 설정된 거리범위 내에서만 작동하게 되는 것이다. 이하 본 발명에 따른 굴삭기의 작업범위 제한장치에 의해 작업범위를 세팅하는 것을 좀 더 명확하게 설명하기 위하여 다음의 실시예를 실시하였다. 제9도에서와 같은 작업범위를 세팅하기 위해서는 먼저 작업범위 리스위치(7)를 누르고 버켓(14)의 끝단을 ①,②,③의 방향이나 ③,②,①의 방향으로 버켓(14)을 위치시키면서 굴삭거리스위치(74)를 차례로 눌러서 작업범위를 세팅시킨다. 그러하면 ①,②,③을 잇는 선바깥의 영역으로 버켓(14)끝단이 제어되지 않도록 하기 위해 콘트롤러(8)에서는 버켓(8)끝단의 위치가 제한 영역에 일정거리(L) 만큼 접근할때까지 점차 속도를 감소시켜서 작업범위에서 작업기가 정지하도록 제어하므로서 작업범위 밖으로 버켓 끝단이 제어되지 않도록 하게 된다. 첨부도면 제10도 내지 13도에 나타낸 바와 같은 작업범위도 상기와 동일 방법으로 한쪽방향으로부터 차례로 장애물이나 작업영역의 모서리 부분에 버켓 끝단을 위치시키고 굴삭거리, 높이, 깊이 스위치를 눌러서 작업범위를 입력시키고 버켓의 끝단위치가 제한 영역에 일정거리(L)만큼 접근하면 작업범위에 접근할때까지 점차 속도를 감소시키면서 작업범위에서 작업기가 정지하도록 제어시키게 되는 것이다. 또한 본 발명에서는 제14도에 도시한 바와같이 차체에 주행방향 및 경사각을 측정하는 검출센서(30)를 부가하여 차체를 주행하거나 차체가 기울어졌을때에도 차체에 대한 작업범위 제한 영역의 상대적인 위치를 콘트롤러에 계산하여 세팅된 작업범위 안에서 작업기가 제어될 수 있게 하는 것도 가능하다. 이상에서와 같이 본 발명에 따른 제한장치에 의하면 어떠한 작업조건하에서도 굴삭기의 작업반경 및 굴삭깊이나 굴삭높이를 정확하게 설정하면서 보다 쉽고 정확하게 일정영역의 굴삭작업을 수행할 수 있는 것이다.

Claims (1)

1. 붐, 아암, 버켓의 각종 작업기의 회전각도를 측정하기 위해 각 관절부에 설치되는 각종 작업기 각도 검출장치들과, 상기 작업기 각도 감출장치로부터 센싱된 각도신호와 죠이스틱신호를 아날로그 값에서 디지탈 값으로 변환시키기 위한 A/D변환기와, 작업기의 작업범위를 세팅하기 위한 작업범위 세팅수단과, 상기 작업기 각도검출장치로부터 센싱된 신호와, 상기 작업범위 세팅수단으로부터 세팅된 값에 의하여 적합한 신호를 출력하게 되는 컨트롤러와, 상기 컨트롤러로부터의 디지탈 출력신호를 아날로그 값으로 변환시키기 위한 D/A 변환기와, 상기 D/A변환기의 신호에 비례하는 파일롯트 압력을 출력하는 메인컨트롤밸브로 구성된 굴삭기의 작업범위 제한장치에 있어서, 상기 작업범위 세팅수단(7)은 먼저 세팅되어 있던 값을 제거하기 위한 리셀스위치(71)와, 버켓을 움직이면서 버켓선단의 여러지점을 연결하여 작업범위를 설정할시에 버켓선단의 높이를 설정하기 위한 굴삭높이 스위치(72)와, 버켓선단의 깊이를 설정하기 위한 굴삭깊이 스위치(73)와, 버켓선단의 거리를 설정하기위한 굴삭거리 스위치(74)로 구성되며, 상기 컨트롤러(8)에서는 설정된 작업범위에서 목표좌표까지의 거리값(m)으로부터 안전거리(L)를 뺀 값이 0 보다 큰 경우에는 전자비례 감압밸브(10)에 작업기를 그대로 출력하는 신호를 발생시키고, (m-L) 값이 -L보다는 크고 0 보다 작은 경우에는 작업기 출력신호에 (m-L)값과 비례상수(Kp)를 곱한 값 만큼이 전자비례 감압밸브(100)에 출력되며, (m-L) 값이 -L보다 작은 경우에는 전자비례 감압밸브(10)에 작업기 정지신호가 출력되도록 구성된 것을 특징으로 하는 굴삭기의 작업범위 제한장치. 1. 제1항에 있어서, 작업기의 작업거리 내에 존재하는 장애물 끝단의 여러지점에 버켓(14)을 위치시킨 다음 상기 작업범위 세팅수단(7)의 굴삭 높이 스위치(72)와 굴삭깊이 스위치(73)와 굴삭거리 스위치(74)를 눌러 그 위치들을 차례로 컨트롤러(8)에 입력함에 따라 작업도중 작업기가 위와같이 설정된 범위내에서만 움직이도록 구성된 것을 특징으로 하는 굴삭기의 작업범위 제한장치.